高温胁迫对辣椒果实活性氧代谢的影响
时间：2023-02-19 08:50:07 来源：千叶帆 本文已影响人
梁宝萍，段 莹，姜 俊，姬宇飞，陈 杰，董帅厅，杨瑞晗
(驻马店市蔬菜遗传育种工程技术研究中心 驻马店市农业科学院, 河南 驻马店 463000)
辣椒(CapsicumannuumL.)属于茄科辣椒属，别名番椒、海椒、秦椒，辣椒维生素C含量居各蔬菜之首[1～2]，深受人民的喜爱，是我国种植面积和生产产量规模相当大的蔬菜作物之一，仅次于大白菜。其生长时期最佳温度为22-30℃，一旦高于35℃，在每个生长发育阶段都出现问题，如苗期生长发育受到限制，坐果期落花落果，收获期商品果色泽变淡，产量及品质亦下降[3]。国内外研究者从不同角度集中研究了高温胁迫下苗期生长发育生理生化性质和耐热性体系鉴定[4～8]。在高温胁迫下，辣椒果实出现退绿变硬，表面失水变薄等不可逆的高温伤害。但是高温胁迫对辣椒果实的影响尚未见报道。因此，通过对“驻椒22”商品果成熟期进行高温胁迫，研究辣椒果实中渗透物质含量、氧化系统酶活性变化，掌握高温对成熟期果实的生理影响机制，为研究预防辣椒果实灼伤以及果实优质生产提供依据，为研究抵御高温伤害的外源物质奠定理论基础。
1.1 材料
供试辣椒品种是 “驻椒22”,是驻马店市农业科学院选育的牛角型辣椒品种。
1.2 试验处理
随机选择辣椒果实大小均匀、成熟度一致，且无损伤的植株20株，将植株随机分为对照组和高温处理组2组，每组10株，在植物生长气候室进行培养。对照组温度设置为(27±1)℃进行培养，高温处理组全天温度设置为(40±1)℃进行培养，其他条件均保持一致。分别于处理0、3、6、12、24、48h后取样，测定其渗透物质含量、氧化系统酶活性，重复3次。
1.3 测定指标与测定方法
参照曹健康的方法测定过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)[9]，参照高俊凤的方法测定丙二醛(MDA)含量[10]；
参照张蜀秋的方法测定过氧化氢(H2O2)、过氧化氢酶(CAT)[11]，参照吴雪霞的方法测定抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性、脯氨酸(PRO)、可溶性蛋白含量，负超氧阴离子(O2·-)产生速率[12]。
1.4 数据分析
利用EXCEL2007画图，统计软件SPSS 18对平均数进行单因素多重比较。
图1 高温逆境对辣椒果实O2.-产生速率的H2O2、MDA含量及影响
2.1 高温逆境对辣椒果实O2.-产生速率、MDA含量、H2O2含量的影响
在图1中显示，0～48 h内，对照辣椒果实中MDA含量基本保持不变，而高温处理材料随着处理时间的延长，MDA含量呈上升趋势，其果实的MDA含量均高于对照；
高温胁迫的辣椒材料果实中O2.-产生速率呈上升的趋势，对照变化幅度较小；
高温胁迫的辣椒果实中H2O2含量呈上升趋势，均高于对照，对照变化幅度小。MDA含O2.-量、H2O2含量、O2.-产生速率分别比对照增加了8倍 、3.9倍、4倍。
2.2 高温胁迫对辣椒果实抗氧化酶活性的影响
在图2中显示，0～48 h之内，高温处理的辣椒果实中SOD、POD、CAT、APX的活性呈现先升高再降低的趋势，且都在处理24 h时达到峰值。对照辣椒果实中4种酶含量没有明显变化。在24 h时，SOD、POD、CAT、APX的活性高温处理比对照增加了2倍、3.8倍、2.4倍、1.6倍。
图2 高温逆境对辣椒果实SOD、POD、CAT、APX活性的影响
2.3 高温胁迫对辣椒果实可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响
在图3中显示，0～48 h之内，高温处理下辣椒果实中可溶性蛋白含量和脯氨酸含量均呈上升趋势，在48 h含量达到最高，对照含量变化不明显。在48 h时，高温处理含量分别是对照的2倍和3倍。
图3 高温胁迫对辣椒果实可溶性蛋白含量和脯氨酸含量的影响
植物抗氧化系统受高温胁迫被激活，生产的活性氧对植物的伤害从而避免或减轻[13]。作为活性氧成员的超氧阴离子自由基(O2-)启动了膜脂过氧化[14]。高温胁迫时，植物本身产生的过氧化物直接损伤细胞膜，引起膜脂过氧化，膜脂过氧化作用的最终产物是丙二醛(MDA)，其含量高低代表膜脂被过氧化的程度。本研究结果表明，高温处理后辣椒果实中O2.-生产速率、H2O2含量MDA含量均显著增加，这与万继锋等在柑橘果实中的研究结果相似[15]，金春燕[16]等在番茄果实的研究表明，高温处理会使果实内MDA和O2.-生产速率增加显著。说明高温逆境时，细胞膜受到损伤，致使辣椒果实受到了损害。
高温逆境时，为了维持植物体内氧化还原平衡，超氧化物歧化酶(SOD)清除最先产生的O2.-[17]，植物组织中过量的的H2O2和O2.-由过氧化氢酶(POD)清除[18]，氧化产生过量的H2O2，也由重要的抗氧化酶CAT、APX来清除[19]。笔者试验中，辣椒果实受到高温处理时，SOD、POD、CAT、APX的活性呈现先升高再降低的趋势，这与万继锋在柑橘果实高温胁迫的结果相似，马宝鹏等在高温胁迫对辣椒幼苗生长生理响应的研究中结果相似[20]，但不同辣椒品种出现的峰值时间不同。大白菜在高温处理后发现[21]，SOD活性先上升后下降，POD活性下降，不同耐热品种对高温的反应基本相同，究其原因可能与高温逆境损伤了酶的亚铁原卟啉基和受到膜脂过氧化的最终产物MDA的毒害有关[22]。这说明高温胁迫在一定时间范围内，辣椒果实能通过自身的防御系统，快速启动抗氧化系统，适应高温环境免受其伤害，但超过自身适应范围，酶促反应系统中酶活性会降低，随胁迫时间的延长，SOD、POD、CAT、APX活性下降，而O2.-、MDA、H2O2持续上升，也就是说明 SOD、POD、CAT、APX清除O2.-、MDA、H2O2的能力不足，使果实已经受到了损害。作为重要渗透调节物质的可溶性蛋白和脯氨酸的主要成员，当植物处于逆境时，为了抵御逆境、降低细胞渗透势，植物能产生这些渗透调节物质来提高对逆境的抵抗力，进而维持膜结构了温度，提高了细胞持水能力，保护了原生质膜结构。本研究中随着温度的升高，可溶性蛋白和脯氨酸含量持续上升，对照变化幅度小，与吴雪霞等在茄子果皮上的研究和刘凯歌等在甜椒幼苗上的研究者结果类似[23～24]。这可能是高温胁迫时，防止抗氧化酶变性，抵御高温逆境，可溶性蛋白和脯氨酸含量持续上升，使辣椒果实缓解高温伤害。
综上所述，高温胁迫的过程中，O2.-生产速率、MDA含量、H2O2含量持续上升，可溶性蛋白和脯氨酸持续上升，保持叶片水分，抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX的活性先升后降，使辣椒果实超过防御能力时，代谢功能失去了平衡受到损伤。然而，辣椒果实抗高温的关键是取决于果实抵御高温胁迫时的抗氧化性。进一步研究外源调节物调节植物抗氧化系统，来提高果实耐热性是下一步解决的问题。
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